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摘要：要使节水灌溉自动化技术在我国大面积应用，不仅要加强技术研究，还要做好技术宣传工作，形成科学完善的灌溉控制体系。积极引进国内外先进灌溉产品，特别是方便可行的节水灌溉控制系统和设备，应大力推广。利用先进的信息技术提高灌溉系统的数据采集效率，转变农业生产方式，为水资源的战略利用奠定坚实的基础。
关键词：物联网技术；节水灌溉；自动化；信息化系统设计
1节水灌溉自动化技术的应用现状
1.1应用现状
节水灌溉自动化技术是现阶段农业种植和养殖的主要技术，可以通过使用较少的水资源达到预期生产目标和经济效益，是解决国际上水资源短缺问题的集中体现。此技术被分为喷灌技术、微灌技术等。由于我国研究节水灌溉自动化技术的时间尚短，在技术推广和应用上存在诸多难题，农村种植户無法深入理解技术的使用特点，导致技术转化效率不高。随着科技的进一步完善，新型由计算机自动控制的灌溉技术被研发，其节水效果更为显著。极大地节约了水、肥料、能量、化学药品等应用量，消除了因人为因素对产物造成的不良影响，提高了灌溉的准确性、科学性和高效性，不仅优化了田间管理，对周围环境也有了一定的保护作用。我国较为发达的地区已普遍开始使用节水灌溉自动化技术，但仍然有一大部分农村没有广泛推广自动化灌溉技术，或者技术没有规模化，计算机监控操作系统也不多见。
1.2应用原理
节水灌溉自动化技术的应用原理是：以土壤、气候、种植物作为施用主体，以各类传感器和检测设备作为媒介，分项采集数据并通过采集站集中上传到中央计算机控制系统，自动对这些数据加以分析判断是否具有灌溉的条件，再由系统控制灌溉机械操作或停止。整个应用过程并不复杂，只要确保信号稳定便可实现远距离控制灌溉机械的阀门开关。自动化灌溉系统一般由中央控制器、田间工作站、网络终端系统、阀门控制器、采集感应器等设备组成。
一是中央控制器，由计算机和控制软件构成，能对田间作物的需水量进行检测和预报，并及时作出数据分析和报警。
二是田间工作站，也被广泛称为中继站，是远程计算机网络终端和中央控制器的中转站，数据检测信号被上传后接收，工作站会根据种植地形和植物的生长特性判定灌溉量。需要注意的是，如果田间空置面积过大，需要增设田间工作站的数量。
三是远程计算机终端控制系统，用于接收工作站的指令，并集合信息与阀门相连接，控制阀门的开关。
四是阀门控制器，节水灌溉技术的关键部位，决定了灌溉系统是否能够正常运行。根据田间区域的划分来确定阀门安装的具体位置和数量。
五是采集感应器，主要被分为土壤感应器、作物感应器和气候感情器，用于测量田间的各种数据，并上传至指挥中心，以曲线图型的形式反映参数的变化，并对不良情况进行报警。
2节水灌溉信息系统设计
节水灌溉信息系统作为整个系统的对外展示窗口，汇集了各功能单元的信息，是系统人机交互的平台。在系统架构方面主要分四个层次，分别是数据采集层、信息传输层、数据管理层和系统应用层，其层次结构如图1所示。数据采集层根据控制、监测要求，在各监测点布置相应的监测传感器，并通过相应的传输结点，实现各类数据的采集；数据传输层通过建立无线或有线网络系统，将数据采集层采集的各类数据传送至监控中心数据服务器；数据管理层完成数据的管理工作，数据包括各类业务数据、数据采集层采集的各类实时数据等；系统应用层根据管理要求，建立各类应用系统软件，实现对灌区的信息化管理。
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图1 节水灌溉信息系统结构图
节水灌溉信息系统在功能划分方面包括GIS地理信息系统、泵站控制监测系统、土壤墒情监测系统、气象站信息采集系统、数据统计系统、节水灌溉制度。其中，GIS平台应为网络地图平台（矢量和影像），以百度地图为基础，叠加上所有水系、建筑物等图层，根据需要下一步将项目区水利工程叠加到该地图上，并与水泵自动控制系统和视频监控系统进行集成，在地图中点击对象，能将现状实时信息和视频监控画面。监测控制系统对示范基地实时显示现场视频监控画面，做到统一调度和无人值守，通过网络传输，对远程的设备进行开启和关闭操作。土壤墒情监测系统实现实时收集土壤的数据，并对数据进行相关的分析，将分析结果用到节水灌溉系统中。气象站信息采集系统对气象参数进行测量，特别是雨情信息的实时采集，对用水量和节水灌溉尤为重要。数据统计系统根据收集的基本数据，进行数据分析做一些统计和分析，通过数据挖掘技术对土壤墒情进行预测。节水灌溉制度根据当前的气象信息、农作物布局、土壤的湿度和盐性土壤以及渠道的类型形成灌溉制度，可以根据现场实际情况对灌溉制度进行实时的调整。
3泵站远程自动控制系统设计
泵站自动控制系统能够实现灌溉泵站远程自动控制、管道灌溉控制、水位流量数据实时监测，实现节水灌溉自动化与智能化。满足“无人值班、少人值守”的要求，达到远程监控、数据共享、图像远传浏览的功能。系统拓扑图如图2所示。
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图2 泵站控制系统拓扑图
其中，现场测控单元具备如下功能：数据采集处理、控制与调节、保护和报警、数据通信等。现地测控单元对泵机组站的主辅设备的运行状态、运行参数以及传感器、仪器仪表的测量值进行实时采集、处理，存入实时数据库，作为系统监视、告警、控制、制表、模拟图形显示的依据。
数据采集处理功能实现采集区域水泵的运行/停止状态，完成与每台机组多功能仪表的通信，采集泵机组供电系统的电压及工作电流、泵站电压、运行电流、机组功率与电量等。根据泵站机组装置效率、与水泵性能曲线计算泵站机组实时流量和整座灌溉泵站的总流量。控制与调节功能通过机柜上的切换开关，实现现场与远程的切换、自动与手动的切换，也可以按照优化调度运行方式或者根据对管道压力的设定进行分析自动完成泵站的调速调频运行与停止。保护与报警功能实现当系统发生故障或者出现紧急情况时，系统立即报警，并根据需要和实际情况自动终止当前的泵站运行操作。故障报警内容应包括：传感器故障、泵站电机过压、过流、缺相等保护。
结束语
本文在实现灌区节水灌溉的基础上，将多种节水灌溉技术与新兴的信息技术相结合，实现灌溉过程自动化、信息化、远程化、可视化，并对土壤水分监测系统进行设计，系统自建成运行以来，通过移动端、Web端实现了自动无人值班的灌溉流程，在农业技术人员的专业指导下，农民逐渐掌握了主要作物的需水量，并结合含水率预测结果确定灌溉时间和用水量，不仅大大节省了灌溉劳动，而且实现了节水预期，提高了灌溉水利用系数。实践表明，新一代信息技术与节水灌溉技术深度融合，通过数据驱动对需水量的预测，而对作物按需准确供给水肥是现代农业发展的重要方向，具有一定的推广价值。
参考文献：
[1]徐文静，王翔翔，施六林，等.中国节水灌溉技术现状与发展趋势研究[J].中国农学通报，2016，32（11）：184-187.
[2]徐翔宇，唱彤，郦建强，等.我国水资源承载力的布局特征与调控对策[J].中国水利，2020，（19）：31-33.